Реферат: Газоанализаторы - текст реферата. Скачать бесплатно.
Банк рефератов, курсовых и дипломных работ. Много и бесплатно. # | Правила оформления работ | Добавить в избранное
 
 
   
Меню Меню Меню Меню Меню
   
Napishem.com Napishem.com Napishem.com

Реферат

Газоанализаторы

Банк рефератов / Химия

Рубрики  Рубрики реферат банка

закрыть
Категория: Реферат
Язык реферата: Русский
Дата добавления:   
 
Скачать
Архив Zip, 716 kb, скачать бесплатно
Заказать
Узнать стоимость написания уникального реферата

Узнайте стоимость написания уникальной работы

27 ГАЗОАНАЛИЗАТОРЫ, приборы, измеряющие содержание (концентрацию ) одного или нескольких компонентов в газовых с месях . Каждый газоанализатор предназначен для измерения концентрации только определенных компонентов на фоне конкретной газовой смеси в нормированных условиях . Наря ду с использованием отдельных газоанализаторов создаются системы газового контроля, объединяющие десятки таких приборов . В большинстве случаев работа газоанализаторов невозможна без ряда вспомогательных устройств, обеспе чивающих создание необходимых тит ры и давления, очистку газовой смеси от пыли и смол, а в ряде случаев и от некото рых мешающих измерен иям компонентов и агрессивных веществ . Газоанализаторов классифицируют по принципу действия на пневматические, магнитные, электрохимические, полупроводни ковые и др . Ниже излагаются физические ос новы и области применения наиболее распространенных газоанализаторов . Термокондуктометрические газоанализаторы . Их действие основано на зависимости теплопроводности газовой смеси от ее состава . Для большинства практическ и важных случаев справедливо уравне ние : Где теплопроводность смеси, - теплопроводность i - того компонента, Ci - eгo концентрация, n-число компонентов . Термокондуктометрические газоанализаторы не обладают высокой избирательностью и используются, если контролируемый компонент по теплопроводности существенно отличается от ос тальных, например для определения концентраций Н2, Не, Аг, СО2 в газовых смесях, содержащих N2, О2 и др . Диапазон измерения - от единиц до десятков процентов по объему . Изменение состава газовой смеси приводит к изменению ее теплопроводности и, как следствие , титры и электрическое сопротивле ния нагреваемого током металлического или полупроводникового терморезистора, размещенного в камере, через кото рую пропускается смесь . При этом : где a-конструктивный параметр камеры, R1 и R2 - сопротивление терморезистора в случае пропускания через него тока I при тепло проводности газовой среды соответствует и, температурный коэффициент электрического сопротивления терморезистора . Рис.1 . Термокондуктометрический газоанали затор : 1 - источник стабилизированного напряжения ; 2-вторичный прибор ; R1 и R3 - рабочие т ерморезисторы ; R2 и R4 - сравнительные терморезисторы ; R0 и потенциометры ; вход и выход анализируемой газовой смеси показаны стрелками . На рис.1 приведена схема, применяема я во многих Термокондуктометрических газоанализаторах . Чувствительные элементы R1 и R3 (рабочие терморезисторы ) омываютс я анализируемой смесью ; сравнительные терморезисторы R2 и R4 помещены в герметич ные ячейки, заполненные сравнительным газом точно известного состава . Потенциометры R0 и предназначены для установки нулевых показаний и регулировки диапазона измерения . Мера концентрации опре деляемого компонента - электрический ток, проходящий через, кото рый измеряется вторичным ( т.е. показывающим или регистрирующим ) прибором . Термокондуктометрические газоанализаторы широко применяют для контроля процессов в производст ве H2SO4, NH3, HNO3, в металлургии и др . Термохимические газоанализаторы . В этих прибор ах измеряют тепловой эффект химической реакции, в кото рой участвует определяемый компонент . В большинстве случаев используется окисление компонента кислородом воздуха ; катализаторы - марганцевомедный (гопкалит ) или мелкод исперсная Pt, нанесенная на поверхно сть пористого носителя . Изменение тит ры при окисле нии измеряют с помощью металлического или полупроводникового тер морезистора . В ряде случаев поверхно сть платинового терморезистора используют как катализатор . Величина связана с числом молей М окислившегося компонента и тепловым эффектом соотношением :, где kо коэффициент , учитывающий потери тепла, зависящие от конструкции прибора . Схема ( рис.2 ) включает измерительный мост с постоянными резисторами (R1 и R4 ) и дв умя терморезисторами, один из кото рых (R 2 ) находится в атмосфере сравнительного газа, а второй (R3 ) омывается потоком анализируемого газа . Напряжение Uвых в диагонали моста пропорционально концентрации определяемого комп онента . Для устойчивой работы газоанализаторы исключают влияние тит ры среды (термостатированием или термокомпенсацией ), стабилизируют напряжение, поддерживают постоянным расход газа, очищают его от примесей, отравляющих катализатор (С12, НС1, H2S, SO2 и др.) . Рис.2 . Термохимический газоанализатор : 1 - источник стабилизированного напряжения ; 2-вторичный прибор ; R1 и R4 - постоянные резисторы ; R2 и R3-соотв, сравнительный и рабочий терморезисторы . Большинство термохимических газоанализаторов используют в качест ве газосигнализаторов горючих газов и паров (Н2, углеводороды и др.) в воздухе при содержани и 20% от их нижних КПВ, а также при электролизе воды для определения примесей водорода в кислороде (диапазон измерения 0,02-2% ) и кислорода в водороде (0,01-1% ). Магнитные газоанализаторы . Применяют для определения О2 . Их действие основано на зависимости ма гнитной восприимчивости газовой смеси от концентрации О2, объемная магнитная восприимчивость кото рого на два порядка больше, чем у больш инства остальных газов . Такие газоанализаторы позволяют избирательно определять О2 в сложных газовых смесях . Диапазон измеряемых концентраций 1 0-2 - 100% . Наиболее распространены магнитомеханические и термомагнитные газоанализаторы . В магнитомеханических газоанализаторах ( рис.3 ) измеряют силы, действующие в неоднородном магнитном поле на помещенное в анализируемую смесь тело (обычно ротор ). Сил а F, выталкивающая тело из магнитного поля, определяется выражением : Г де объемная магнитная восприимчивость соответствует анализируемой смеси и тела, помещенного в газ, V-о бъем тела, H-напряженность магнитного поля . Обычно мерой концентрации компонента служит вращающий момент, находимый по углу поворо та ротора . Показания магнитомеханическо го газоанализатора определяются магнитными свойст вами анализируем ой газовой смеси и зависят от тит ры и давления, поскольку по следние влияют на объемную магнитною восприимчивость газа . Более точны газоанализ аторы, выполненные по компенсаци о н ной схеме . В них момент вращения ротора, функционально связанный с концентрацией О2 в анализируемой смеси, уравновешивается изв естным моментом, для создания кото рог о используются магнитоэлектрической или электростатической системы . Роторные газоанализаторы ненадежны в промышленных условиях, их сложно юстировать . Рис.3 . Магнитомеханический газоанализатор : 1-ротор ; 2-полюсы магнита ; 3-растяжка ; 4-зеркальце ; 5-осветитель ; 6-шкала вторичного прибора . Действие термомагнитных газоанализаторов основано на термомагнитной конвекции газовой смеси, содержащей О2, в неоднородных магнитном и температурном полях . Часто применяют приборы с кольцевой камерой ( рис.4 ), кото рая пр едставляет собой полое металлическое кольцо . Вдоль его диаметра установлена тонкосте нная стеклянная трубка, на кото рую намотана платинова я спираль, нагреваемая электрическим током . Спираль состоит из дву х секций - R1 и R2, первая из кото рых помещается между полюсами магнита . При наличии в газовой смеси О2 часть потока направляется через диаметральный канал, охлаждая первую секцию платиновой спирали и отдавая часть тепла второй . Изменение сопротивлений R1 и R2 вызывает изменение выходного напряжения U, пропорциональное содержанию О2 в анализируемой смеси . Рис.4 . Термомагнитный газоанализатор : 1 - кольцевая камера ; 2-стеклянная трубка ; 3-постоянный магнит ; 4-источник стабилизированного напряжения ; 5-в торичный прибор ; Rt и R2 - соответственно рабочий и сравнительные терморезисторы (секции платиновой спирали ); R3 и R4 - постоянные резисторы . Пневматические газоанализаторы . Их действие основано на зависимости плотности и вязкости газовой смеси от ее состава . Изменения плотности и вязкости определяют, измеряя гидромеханические параметры п отока . Распространены пневматические газоанализаторы трех типов . Газоанализаторы с дроссельными преобразователями измеряют гид равлическое сопротивление дросселя (капилляра ) при пропускании через него анализируемого газа . При постоянном расходе газа п ерепад давления на дросселе - функ ция плотности (турбулентный дроссель ), вязкости (ламинарный дроссель ) или того и другого параметра одновременно . Струйные газоанализаторы измеряют, динамический напор струи газа, вытекающего из сопла . Содержат два струйных элемента типа "сопло - приемный канал" ( рис.5 ). Для подачи анализируемого и сравнительных газов служит эжектор 2 . Давление на выходе из элементов поддерживается регулятором 4 . Равенство давлений газов на входе в элементы обеспечивается, соединительным каналом 5 и настро йкой вентиля 6 . Разница динамических давлений (напоров ), воспринимаемых трубками 1б, - функ ция отношения и мера концентрации определяемого компонента газовой с меси . Струйные газоанализаторы используют, например, в азотной промышленности для измерения содержания Н2 в азоте (диапазон и змерения 0-50% ), в хлорной промышленности - для определения С12 (0-50 и 50-100% ). Врем я установления показаний этих газоанализаторов не превышает нескольких секунд, поэтому их применяют также в газосигнализаторах довзрывных концентраций газов и паров некоторых вещест в (например , дихлорэтан а, винилхлорида ) в воздухе промышленных помещений . Рис.5 . Пневматический струйный газоанализатор : 1 - элемент "сопло - приемный канал" ; 1а-сопло ; 1б-приемная трубка ; 2-эжсктор ; 3-вторичный прибор ; 4 - регулятор давления ; 5 - соединит, канал ; 6-вентиль . Пневмоакустические газоанализаторы содержат два свистка ( Рис.6 ) с близкими часто тами (3-5 кГц ), через один из кото рых проходит анализируемый газ, через второй - сравнительный . Частота биений звуковых колебаний в смесителе частот зависит от плотности анализируемого газа . Биения (частота до 120 Гц ) усиливаю тся и преобразуются в пневматические колебания усилителем . Для получения выходного сигнала (давления ) служит частотно-аналоговый преобразователь . Рис.6 . Пневмоакустический газоанализатор : 1 - свисток ; 2-смеситель частот ; 3 - усилитель - преобразователь ; 4 - частотно-аналоговый преобразователь ; 5-вторичный прибор . Пневматические газоанализаторы не обладают высокой избирательностью . Они п ригодны для анализа смесей, в кото рых изменяется концентрация только одного из компонентов, а соотношение между концентрациями других остается постоянным . Диапазон измерения - от единиц до десятков процентов . Пневматические газоанализаторы не содержат элек трических элементов и поэтому могут использоваться в помещениях любой категории пожар о - и взрывоопасности . Элементы схемы, контактирующие с газами, выполнены из стекла и фторопласта, что позволяет анализировать весьма агрессивные газы (хлор-, серосодержащие и др.) . Инфракрасные газоанализаторы . Их действие основано на изби рат ельном . поглощении молекулами газов и паров ИК - и злучения в диапазоне 1-15 мкм . Это излучение поглощают все газы, молекулы кото рых со стоят не менее чем из двух различных атомов . Высокая специфичность молеку лярных спектров поглощения различных газов обусловливает высокую избирательность таких газоанализаторов и их широкое п рименение в лабораториях и промышленности . Диапазон измеряемых концентраци й 10-3 - 100% . В дисперсионных газоанализаторах используют излучение одной длины волны, полученное с помощью монохроматоров (призмы, дифракц и о н ной решетки ). В недисперсионных газоанализаторах, благодаря особенностям оптической схемы прибора (применению светофильтров, специальных приемников излучения и т.д.), используют немонохроматическое излучение . В качест ве примера на рис.7 приведен а . Наиболее распространенная схема такого газоанализатора . Излучение от источника последовательно проходит через св етофильтр и рабочую кювету, в кото рую подается анализи руемая смесь, и попадает в специальный приемник . Если в анализируемой смеси присутствует определяемый компонент, то в зависимости от концентрации он поглощает часть излучения, и регистрируемый сигнал пропорционально изменяется . Источником излучения обычно служит нагретая спираль с широким спектром излучения, реже - ИК-лазер или светодиод, испускающие излучение в узкой области спектра . Если испол ьзуется источник немонохроматического излучения, избирательность определения достигается с помощью селективного приемника . Рис.7 . Недисперсионный инфракрасный газоанализатор : 1-источник излучения ; 2-светофильтр ; 3-модулятор ; 4 и 4'-соотв . рабочая и сравнит . (внизу ) кюветы ; 5-приемник излучения ; 6-усилитель ; 7-вторичный прибор . Наиболее распространены газоанализаторы с газонаполненным оптико-акустическим приемником . Последний представляет собой герметичную камеру с окном, заполненную именно тем газом, содержание кото рого нужно измерить . Этот газ, поглощая из потока излучения определенную часть с характерным для данного газа набором спектральных линий, нагревается, вследствие чего давление в камере увеличивается . Посредством механического модулятора поток и злучения прерывается с определенной частотой . В результате с этой же частотой пульсирует давление газа в приемнике . Амплитуда пульсации давления - мера интенсивности поглощенного газом излучения, зависящая от того, какая часть характерного излучения поглощается те м же газом в рабочей кювете . Другие компоненты смеси излучение на этих длинах волн не поглощают . Т. обр ., амплитуда пульсации давления в приемнике излучения - мера количест ва определяемого компонента в анализируемой смеси, проходящей через рабочую кювету . Изменение давления измеряют обычно конденсаторным микрофоном или микроанемометром (датчиком расхода газа ). Заменяя газ в приемнике излучения оптико - акустического газоанализатора , можно избира тельно измерять содержание различных компонентов смесей . В инфракрасных газоанализаторах используют также неселективные приемники излучения - болометры, термобатареи, полупроводниковые элементы . Тогда в случае источников с широким спектром излучения избирательность определения обеспечивают применением интерференционных и газовых фильтров . Для повышения точности и стабильности измерения часть потока излучения обычно пропускают через сравнительною кювету, заполненную газом, не поглощающим регистрируемое излучение, и измеряют разность или отношение сигналов, полученных в результате прохождения излучения через рабочу ю и сравнительную кюветы . Инфракрасные газоанализаторы шир око используют для контроля качест ва продукции, анализа отходящих газов, воздуха помещений . С их помощью определяют, на пр ., СО, СО2, NH3, СН4 в технологических газах производства синтетического аммиака, пары ряда раство рителей в воздухе промышленных помещений, оксиды азота, SO2, СО и углеводороды в выхлопных газах автомобилей и т.д. Ультрафиолетовые газоанализаторы . Принцип их действия основан на избирательном поглощении молекулами газов и паров излучения в диапазоне 200-450 нм . Избирательность определения одноатомных газов весьма велика . Двух - и многоатомные газы имеют в УФ - области сплошной спектр поглощения, что снижает избирательность их определения . Однако отсутствие УФ - спектра поглощения у N2, O2, СО2 и паров воды позволяет во многих практически важных случаях проводить достаточно селективные измерения в присутствии этих компонентов . Диапазон определяемых концентраций обы чно 10-2-100% (для паров Hg нижняя граница диапазона 2,5-10-6% ). Схема ультрафиолетового газоанализатора аналогична схеме, приведенной на рис.7 . Имеются также приборы с двумя детекторам и излучения без модулятора, в кото рых светов ые потоки не прерываются . В качест ве источников излучения обычно применяют ртутные лампы низкого (= 253,7 нм ) и высокого (спектр с большим набором линий ) давлений, газоразрядны е лампы с парами других металлов (=280, 310 и 360 нм ), лампы накаливания с вольфрамовой нитью, водородные и дейтериевые газоразрядные лампы . Приемники излучения - фотоэлементы и фотоумножитель . При использовании неселективного источника излучения избирательность измерения в большинстве прибор ов обеспечивают с помощью оптических фильтров (стеклянных или интерференционных ). Ультрафиолетовые газоанализаторы применяют главным образом для автоматического контроля содержания С12, О3, SO2, NO2, H2S, C1O2, дихлорэтана, в частности в выбросах про мышленных предприятий, а также для обнаружения паров Hg , реже Ni (СО ) 4, в воздухе промышленных помещений . Люминесцентные газоанализаторы . В хемилюминесцентных газоанализаторах измеряют интенсивность люминесцен ции, возбужденной благодаря химической реак ции контролируемого компонента с реагентом в твердой, жидкой или газо образной фазе . Пример - взаимодействия NO с О3, используемое для определения оксидов азота : N0 + 03 - > N02+ + 02 - > N02 + hv + 02 Схема хемилюминесцентного газоанализатора с газообразным реагентом представлена на рис.8 . Анализируемая смесь и реагент ч ерез дроссели поступают в реакционную камеру . Побудитель расхода (насос ) обеспечивает необходимое давление в камере . При наличии в смеси определяемого компонента излучение, сопр овождающее хемилюминесцентную реак цию, через светофильтр пода ется на катод фотоумножителя, который расположен в непосредственной близости к реакционной камере . Электрический сигнал с фотоумножителя, пропорциональный концентрации контролируемого компонента, после усиления поступает на вторичный прибор . При измерении слабых световых потоков, возникающих при малых концентрациях определяемого компонент а, фотокатод охлаждают электрическими микрохолодильниками с целью уменьшения темнового (фонового ) тока . Рис.8 . Хемилюминесцентный газоанализатор : 1-рсакц . камера ; 2-светофильтр ; 3 - фотоумножитель ; 4-вторичный прибор ; 5-побудитель расхода газа ; 6-дроссели . Для измерения содержания NO2 в приборе предусмотрен конвертер, где NO2 превращается в NO, после чего анализиру емая смесь направляется в реакционную камеру . При этом выходной сигнал пропорционален суммарному содержанию NO и NO2 . Если же смесь поступает, минуя конвертер, то по выходному сигналу находят концентрацию только NO . По разности этих сигналов судят о содержании NO 2 в смеси . Высокая избирательность хемилюминесцент ных газоанализаторов обуслов лена специфичностью выбранной реак ции, однако сопутствующие компоненты в смеси могут изменять чу вствительность прибора . Такие газоанализаторы применяют для определения NO, NO2, NH3, O3 в воздухе в диапазоне 10-7-1% . Во флуоресцентных газоанализаторах измеряют интенсивность флуоресценции (длина волны ), возникающей при воздействии на контролируемый компонент УФ - и злучения (с частотой v1 ). В качест ве примера на рис.9 представлена схема такого газоанализатора для определения SO2 в воздухе . Анализируемая смесь поступает в детекторную ка меру, кото рая отделена от импульсного источника УФ - излучения и от фотоумножителя светофильтрами 3 и 4, пропускающими излучение с длинами волн соответствующими и мпульсами . Фотоумножитель, расположенный под углом 90° к источнику излучения, регистрирует импульсы флуоресценции, ам плитуда кото рых пропорциональна концентрации определяемог о компонента в камере . Электрический сигнал с фотоумножителя после усиления и обработки п оступает на вторичный прибор . Газоанализаторы для определения SO2 характеризуются высокой чувствительностью и избирательностью . О ни используются в автоматических станциях контроля окружающей среды . Рис.9 . Флуоресцентный газоанализатор : 1 - детекторная камера ; 2-источник УФ - излучения ; 3-светофильтр возбуждающего излучения ; 4 - светофильтр люминесценции ; 5-зеркало ; 6-фотоумножитель ; 7-вторичный прибор . Для удаления паров воды, влияющи х на показания люминесцентных газоанализаторов , применяют специальные фильтры (типа молекулярного сита ) на входе потока газа в камеру . Фотоколориметрические газоанализаторы . Эти приборы измеряют интенсивность окраски продукт ов избирательной реак ции между определяемым компонентом и спец иально подобранным реагентом . Реак цию осуществляют, как правило, в растворе (жидкостные г азоанализаторы ) или на твердом носителе в виде ленты, таблетки, порошка (соответственно ленто чные, таблеточные, порошковые газоанализаторы ). Рис.1 0 . Жидкостной фотоколориметрический газоанализатор : 1 - источник излучения ; 2-светофильтр ; 3 и 3'-рабочая и сравнит . кюветы ; 4-абсорбер ; 5 и 5'-приемники излучения ; б - усилитель ; 7-вторичный прибор . При нципиальная схема жидкостного газоанализатора представлена на рис.1 0 . Излучение от источника п роходит через рабочую и сравнительную кюветы и поступает на соответствующие прие мники излучения . Индикаторный раство р протекает с постоянной скоростью через обе кюветы и абсорбер . Навстречу потоку раство ра через абсорбер барботирует анализируемый газ . Определяемый компонент, присутствующий в газе, взаимодействует с реагентом в растворе, вызывая изменение оптической плотности в рабочей кювете, пропорциональное концентрации компонента . В результате интенсивность излучения через одну из кювет изменяется, а через другую - нет . Разность (или отношен ие ) сигналов рабочего и сравнительных каналов - мера концентрации определяемого компонента в анализируемой смеси . Подача раство ра может быть как непрерывной, та к и периодической . При периодической подаче анализируемый газ пропускаю т в течение некото рого врем ени через одну и ту же порцию раство ра, что позволяет повысить чувств ительность определения . Такие газоанализаторы дают возможность измерить среднюю концентрацию определяемого компонента за за данный промежуток времени, например при установлении среднесменных или среднесуточных концентраций токсичных примесей в воздухе . В ленточных газоанализаторах ( рис.1 1 ) анализируемый газ пост упает в газовую камеру, через кото рую непрерывно или с заданной периодичностью протягивается лента с нанесенным на нее реактивом . В результа те реак ции с определяемым компонентом на ленте образуется цветовое пятно, интенсивность окраски кото рого пропорциональна концентрации компонента . Разность (или отношение ) светов ых потоков, отраженных от окрашены и неокрашенных участков ленты, - мера концентрации контролируемого компонента в смеси . Иногда используют индикаторную ленту с жидким реактивом . В этом случае реактив наносится на ленту из капельницы непосредственно перед ее контактом с газом . Рис.1 1 . Ленточный фотоколориметрический газоанализатор : 1 - источник излучения ; 2-индикаторная лента ; 3-светофильтр ; 4 и 4'-приемники излучения ; 5-газовая камера ; 6-усилитель ; 7-вторичный прибор . Принцип дейс твия таблеточных и порошковых газоанализаторов такой же, как у ленточных, но э ти приборы, как правило, циклического действия . Для по лучения чистой поверхно сти перед каждым циклом измерения срезается верх, окрашенный слой таблетки или заменяется порция порошка . Время р аботы ленточных и таблеточных газоанализаторов без замены ленты или таблетки достигает 30 сут ок и более . Источники излучения в фотоколориметрич еских газоанализаторов - о бычно лампы накаливания и полупроводниковые светодиоды, фотоприемники - фотоумножители, фотоэлементы, фотодиоды и фототранзисторы . Эти приборы позволяют с высокой избирательностью определять разл ичные газообразные (парообразные ) вещест ва в диапазоне концентраций 10-5-1% . Особе нно высока чувствительность у газоанализаторах периодического действия ; их недостаток - некое запаздывание показаний . Фотоколориметрические газоанализаторы применяют главным образом для измерения концен траций токсичных примесей (например , оксидов азота, О2, С12, CS2, O3, H2S, NH3, HF, фосгена, ряда органических соединений ) в атмосфере промышленных зон и в воздухе промышленных помещений . При контроле загрязнений воздуха широко использ уют переносные приборы периодического действия . Значит , число фотоколориметрического газоанализатора применяют в качестве газосигнализаторов . Электрохимические газоанализаторы . Их действие основано на зависимо сти между параметром электрохимической системы и составом анализируемой смеси, поступающей в эту систему . В кондуктометрических газоанализаторов измеряется электропроводность раство ра при селективном поглощении им определяемого компонента . Обычно с хема прибора включает электрический мост постоянного или переменн ого тока с двумя кондуктометрическими ячейками, через кото рые протекает электролит . В одну из ячеек электролит поступает после контакта с потоком анализируемого газа . Выходной сигнал пропорционален разности электропроводностей раство ра до и после контакта с контролируемой смесью . Эта разность зависит от концентрации растворенного в электролите определяемого компонента . Изменяя расходы электролита и анализируемой смеси, можно в широких пределах изменять диапазон определяемых концентрации . Недостатки этих газоанализаторов - низкая избирательность и длительность установления показаний при измерении мал ых концентраций . Кондуктометрические газоанализаторы широко применяют для определ ения О2, СО, SO2, H2S, NH3 и других . Действие потенциометрических газоанализаторов основано на зависимости потенциала Е индикаторного электрода от активности а электрохимических активных ионов, образовавшихся при растворении определяемого компонента : где E° - стандартный электродный потенциал, R - универсаль ная газовая постоянная, Т - абсолютная температу ра, F - число Фарадея, n-число элект ронов, участвующих в электрохимической реак ции . Измеряемое значение Е пропорционально концентрации контролируемого компонента, рас творенного в электролите . Эти газоанализаторы применяют для определения СО2, H2S, HF, NH3, SO2 и др . Большое распрост ранение получили потенциометрические газоанализаторы с твердым электролитом для и змерения содержания О2 . Керамическая пластина на основе СаО и ZrO2 при высокой температу ре начинает проводить ионы кислорода, т.е. ве дет себя как электролит . На поверхно сть такой пластины с обеих сторон наносят тонкие слои пористой платины (платиновые электроды ). С одной стороны пластины подают анализируемую газовую смесь, с другой - сравнительный газ . Разность потенциалов между электродами - мера содержан ия О2 . Термостат поддерживает температуру электрохимической ячейки в нужн ом диапазоне . С помощью таких газоанализаторов определяют О2 в широком диапазоне концентраций (10-4-100% по объему ). Присутствие углеводородов в анализируемой смеси приводит к искажению результатов и з-за их окисления при высокой температу ре . Действие амперометрических газоанализаторов основан о на зависимости между электрическим током и количест вом определяемого компонента, прореагировавшим на индикаторном электроде . Если контролируемый компонент полностью вступает в электрохимическую реак цию, то выполняется закон Фарадея : I = = nFQC, где I-ток, Q - расход газа, С-концентрация определяемого компонента, F-число Фарадея, n-чи сло электронов, участвующих в реак ции . Электрохимическое превращение данного компонента газовой смеси со 100 % - ным выходом по току ( т.е. от сутствие побочных электродных реак ций ) обеспечивается выбором индикаторного электрода и его потенциала . Необходимое постоянное значение разности потенциалов поддерживае тся благодаря тому, что сравнительно и индикаторный электроды выполняют из двух разных специа льно подобранных металлов, например из Аи и Zn, Au и Pb, Ni и Cd (ячейки гальванического типа ). Разность потенциалов можно стабилизировать и посредством электронной системы с ис пользованием третьего вспомогательного э лектрода (ячейки потенциостатического типа ). Рис.1 2 . Амперометрический газоанализатор : 1-электрохим . ячейка ; 2-вспомогат . электрод ; 3-измерит, электрод ; 4-потенциостат ; 5 - электрод сравнения ; 6-усилитель ; 7-вторичный прибор ; 8-побудитель расхода газа ; 9-камера с запасным электролитом . Амперометрические газоанализаторы применяют для опреде ления газов, обладающих окислительно - восстановительными свойствами, например SO2, NO2, H2S, О2, С12, О3 . В газоанализаторы для измерения содержания SO2 в воздухе ( рис.1 2 ) анализи руемый газ поступает на измерительный электрод 3 электрохимические ячейки и по газовому каналу - в камеру с запасным электролитом 9, в кото рый помещен электрод сравнения 5 . Вспомогательный электрод 2 р асположен в отдельной камере, кото рая, как и камера 9, соединена с камерой измерительного электрода электролитическим ка налом . Достоинства амперометрического газоанализатора - в ысокая чувствительность и избирательность . Кроме рассмотрен ной выше конструкции электрохимической ячейки б арботажного типа (с непосредственно продуванием смеси через электролит ) широкое при менение находят ячейки с т . Называется газодиффузионными электродами, где газ отделен от электролита пористой газопроницаемой полимерной мембраной . Со стороны, контактирующей с электролитом, на мембрану наносят мелкодисперсный электродный материал (Pt, Pd, Au ). Такие системы отличаются более высокой чувствительностью и стабильностью характеристик . В основе кулонометрических газоанализаторах компенсация типа лежит метод кулонометрического титрования, который заключается в электрохимическом получении (генерировании ) реагента - титр анта, способного быстро взаимодействовать с определяемым компонентом газовой смеси, растворе нным в электролите . Этот газоанализатор включает цепи генери рования и индикации . Электрохимическая ячейка содержит соответс т в енно две пары электродов - катод и анод, на кото рых идет электролиз и генерируется титрант, а также индикаторный электрод и электрод сравнения . Ток электролиза автоматически поддерживается постоянным . Посл е того как все контролируемое вещест во полностью прореагирует с электро - г е нерированным титрантом, окислительно - восстановительный потенциал системы резко изменяется, что обнаруживается по скачку потенциала индикаторного элект рода . Количест во электричества, прошедш ее через ячейку до завершения реак ции, эквивалентно концентрации определяемого компонента . Ионизационные газоанализаторы . Их действие о сновано на зависимости электрической проводимости ионизованных газов от их состава . Появление в газе примесей оказывает, дополнительное воздействие на процесс образования ионов или на их подвижность и, следовательно, рекомбинацию . Возникающее при этом изменение проводимости пропорционально содержанию примесей . Все ионизационном газоанализаторе содержат проточную ионизационною камеру (как на рис.1 3 ), н а электроды кото рой налагают определенную разность потенциалов . Эти приборы широко применяют для контроля микропр имесей в воздухе, а также в качест ве детекторов в газовых хрома тографах . Ниже рассмотрены наибольше распространенные типы ионизац ионные газоанализаторы , используемые без предварительного хроматографического разделения пробы . Рис.1 3 . Радиоиз отопный ионизационный газоанализатор : 1 - ионизационная камера ; 2-источник ионизации ; 3-электроды ; 4-источник напряжения ; 5-усилитель ; 6-вторичный прибор . К радиоизотопным газоанализаторам ( рис.1 3 ), в кото рых ионизацию газов осуществляют радиоактивным излучением, относятся приборы на основе сечения ионизации, электронно-захватные и аэрозольно - ионизационные . В первых используют разницу в сечениях (вероятности ) ионизации компонентов смеси . Ионизацию осуществляют обычно излучени ем 90Sr, 3H, 63Ni, 147Pm . Эти газоанализаторы не избирательны, их применяют для анализа смесей H2-N2, N2-CO2, Н2 - этилен, Н2-СН4, H2-CH3SiCl3, H2-BC13 и т.п. ; диапазон измерения 0,01-100% ; время установления показаний - до 0,1 с . Действие электронно -захватных газоанализаторов основан о на способности молекул ряда вещест в (О2, Н2О, галогены, г алогенсодержащие органические соединения, ароматические углеводо роды, спирты, карбонильные соединения и др.) захватывать свободные электроны, возникающие при ионизации газов, и превращаться при этом в ионы . Последние имеют меньшую подвижность, чем элект роны, в результате чего ионизационный ток падает пропорционально концентрации вещест ва . Электронно-захватные газоанализаторы применяют для контроля примесей (в частности, галогенов при их концентрации 10-3-104% ) в чистых газах и воздухе . При определении примесей в воздухе на входе в газоанализаторы обычно помещают полимерные мембраны, задерживающие О2 . В основе действия аэрозольно - ионизационных газоанализаторах лежит зависимость ионизационного тока от концентрации аэрозольных частиц, образующихся после предварительного избирательного перевода определяемого компонента смеси в аэрозоль . Этот перевод осуществляют обычно химическую реак цией с соотве тствующим реагентом или фотохимической реак цией в газовой фазе, пиролизом исследуемого вещест ва, а так же сочетанием пиролиза с послед, хи мической реакцией с реагентом . Например, при определении NH3 в качест ве реагента мо жно использовать пары соляной кисло ты ; в результате образуется аэрозоль NH4C1 . Размер аэрозольных частиц 10-7-10-4 см . Концентрации анализируемых компонентов 10-5-10-3% . Аэрозольно - ионизац ионный газоанализатор используют, в частности, для определения микропримесей NH3, аминов, НС1, HF, NO2, паров HNO3, карбонилов N i и Со, фосгена и ряда др . соединений в воздухе промы шле н ных помещений . В пламенно - ионизационных газоанализаторах анализируемые органические соединения ионизуют в водородном пламени . Эффективность ионизации пропорциональна числу атомов С, поступающих в пламя в единицу времени, но зависит также от наличия в молекуле вещества атомов др . элементов . Схема такого прибора представлена на рис.1 4 . Горелка слу жит одним из электродов ионизационной камеры . Второй электрод ("коллекторный" ) - тонкост енный цилиндр или кольцо . Эти газоанализаторы используют для определения органических вещест в в воздухе и технологических газах . При совместном присутствии ряда органических компонентов находят либо их сумму, либо концентрацию компонентов со значительно большей эффективностью ионизации . С п омощью пламенно-ионизационных газоанализаторы контролируют изменения суммарного содержания углеводородов в атмосфере и т оксичные примеси в воздухе пром . помещений, чистоту выхлопных газов автомобилей, утечки газов из трубопроводов и подземных коммуникаций . Диапазон измеряемых концентрац ий 10-5-1% . Имеется непосредственная взаимосвязь между эффективностью ио низации органических газов и паров и степенью взрывоопасности их смесей с воздухом . Это позволяет контролиров ать довзрывные концентрации органических вещест в в пром . помещениях, шахтах, туннелях . Рис.1 4 . Пламенно - ионизационный газоанализатор : 1-ионизац . камера ; 2-горелка ; 3-коллекторный электрод ; 4-источник напряжения ; 5-усилитель ; 6-вторичный прибор . В поверхностно-ионизационных газоанализаторах образуются, положительные ионы при адсорбции газов на нагретых поверхностях металлов или их оксидов . Ионизоваться могут компоненты с достаточно низкими потенциалами ионизации, сравнимыми по величине с работой вы хода электронов из нагретой поверхно сти (эмиттера ). Обычно ионизуются не контролируемые ко мпоненты смеси, а продукты их реак ци й на каталитически ак тивной поверхности . В качестве эмиттеров применяют, например , нагреваемые током спирали из Pt, оксидов Мо или W . Нагретый эмиттер одновременно слу жит одним из электродов ионизационной камеры . Второй ("коллекторный" ) электрод выполня ют в виде наружного цилиндра . Температу ру нагрева эмиттера изменяют , от 3 50 до 850 °С . С помощью таких газоанализаторов определяют , фенол, уксусную и муравьиную кисло ты, а также (с высокой избир ательностью ) азотсодержащие органические соединения , в частности анилин, амины, гидразины . Созданы приборы для контроля ряда аминов (диэтиламин, триэтиламин и др.) в воздухе пром . помещений . Диапазон измеряемых концентраций 10-5-10-2% . В так называемых "галогенных" газоанализаторах на поверхно сти платины, нагретой до 800-850 °С, ионизуются щелочные металлы (обычно Na и К ), добавляемые в виде солей в зону нагрева и ионизации . Эмиссия щелочных ионов зависит от содержания в окружающем воздухе галогенов и их соединений . Эти приборы позволяют определять галогены (С1, Вг ) в воздухе пром . помещений, хладоны при ] контроле герметичности холодильных установок и бытовых аэрозольных баллонч иков с пределами обнаружения около 10-4% . В фотоионизационных газоанализаторах молекулы определяемого компонента ионизуются УФ - излучением . Это возможно, если энергия фотонов не ниже поте нциала ионизации молекул . В качест ве источников излучения используют лампы, генерирующие фотоны с энергиями 9,5 , 10, 10,2, 10,9 и 11,7 эВ . Основы компоненты воздуха (О2, N2, CO, СО2, Н2О ), а также СН4 имеют потенциалы ионизации в диапазоне 12-20 эВ и такими фото нами не ионизуются . Фотоионизационные газоанализаторы применяют для контроля примесей ароматических и непредельных углеводородов, альдегидов , кетонов, спиртов и других органических соединений в воздухе с пределами обнаружения 10-5 - 10-4% . Подбирая излучение с подходящей энергией, можн о избирательно определять, например, ароматические соединения в присут ст ви и а лканов и кислородсодержащих органических соединений, меркаптаны в присутствии H2S . Полупроводниковые газоанализаторы . Их действие основано на изменении сопротивления полупроводника (пленки или монокристалла ) при воздействии анализируемого компонента смеси . В основе раб оты полупроводниковых окисных газоанализаторах лежит изменение проводимости чувствительности слоя (смеси оксидов метал лов ) при хемосорбции на его поверхности молекул химически ак тивных газов ( рис.1 5 ). Такие газоанализаторы применяют для определения горючих газов (в частности, Н2, СН4, пропана ), а также О2, СО2 и др . Селективность анализа достигается варьированием состава чувствительности сл оя и его температу ры (при помощи встроенного нагревателя ). Диапазон измеряемых концентраций горючих газов 0,01-1% по объему . Рис.1 5 . Полупроводниковый окисный газоанализатор : 1-подложка ; 2-контакты ; 3-чувствит . слой ; 4-нагреват . элемент ; 5-вторичный прибор ; 6-источник напряжения . В полупроводниковых газоанализаторах с кристаллическими чувствительными элементами измеряют проводимость монокристалла или более сложной полупроводниковой структуры с р-n-переходами при изм енении зарядового состояния поверхно сти, т.е. концентрации или рас пределения зарядов на ней . Например , для опр еделения Н2 используют чувствительные элементы в виде системы слоев металл - диэлектрик - полупроводник (кана льные транзисторы ), причем верхний металлический слой получают из Pd или его сплавов . Изменение зарядового состояния поверхно сти достигается изменением контактной разности потенциалов между полупроводником и Pd при растворении в последнем Н2, присутствующего в анализируемой смеси . Диапазон измеряемых концентраций Н2 в инертных газах 10-5-10-3% . Для серийного производст ва полупр оводниковых газоанализаторов применяют современные технологию микроэлектроники, что позволяет создавать измерительный преоб разователь, включающий чувствительность элемент ов , систему термост атирования и усилитель электрического сигнала в виде отдельного микромодуля . Л итература для статьи " ГАЗОАНАЛИЗАТОРЫ " 1. Павленко В .А., Газоанализаторы, М . -Л ., 1965 ; 2. Бражников В .В., Дифференциальные детекторы для газовой хроматографии, М ., 1974 ; 3. Кулаков М .В., Технологические измерения и приборы для химических производств, М ., 1983 .
1Архитектура и строительство
2Астрономия, авиация, космонавтика
 
3Безопасность жизнедеятельности
4Биология
 
5Военная кафедра, гражданская оборона
 
6География, экономическая география
7Геология и геодезия
8Государственное регулирование и налоги
 
9Естествознание
 
10Журналистика
 
11Законодательство и право
12Адвокатура
13Административное право
14Арбитражное процессуальное право
15Банковское право
16Государство и право
17Гражданское право и процесс
18Жилищное право
19Законодательство зарубежных стран
20Земельное право
21Конституционное право
22Конституционное право зарубежных стран
23Международное право
24Муниципальное право
25Налоговое право
26Римское право
27Семейное право
28Таможенное право
29Трудовое право
30Уголовное право и процесс
31Финансовое право
32Хозяйственное право
33Экологическое право
34Юриспруденция
 
35Иностранные языки
36Информатика, информационные технологии
37Базы данных
38Компьютерные сети
39Программирование
40Искусство и культура
41Краеведение
42Культурология
43Музыка
44История
45Биографии
46Историческая личность
47Литература
 
48Маркетинг и реклама
49Математика
50Медицина и здоровье
51Менеджмент
52Антикризисное управление
53Делопроизводство и документооборот
54Логистика
 
55Педагогика
56Политология
57Правоохранительные органы
58Криминалистика и криминология
59Прочее
60Психология
61Юридическая психология
 
62Радиоэлектроника
63Религия
 
64Сельское хозяйство и землепользование
65Социология
66Страхование
 
67Технологии
68Материаловедение
69Машиностроение
70Металлургия
71Транспорт
72Туризм
 
73Физика
74Физкультура и спорт
75Философия
 
76Химия
 
77Экология, охрана природы
78Экономика и финансы
79Анализ хозяйственной деятельности
80Банковское дело и кредитование
81Биржевое дело
82Бухгалтерский учет и аудит
83История экономических учений
84Международные отношения
85Предпринимательство, бизнес, микроэкономика
86Финансы
87Ценные бумаги и фондовый рынок
88Экономика предприятия
89Экономико-математическое моделирование
90Экономическая теория

 Анекдоты - это почти как рефераты, только короткие и смешные Следующий
Кто остановит Путина? Ведь это же оголтелый расизм - сколько можно издеваться над негром?
Anekdot.ru

Узнайте стоимость курсовой, диплома, реферата на заказ.

Обратите внимание, реферат по химии "Газоанализаторы", также как и все другие рефераты, курсовые, дипломные и другие работы вы можете скачать бесплатно.

Смотрите также:


Банк рефератов - РефератБанк.ру
© РефератБанк, 2002 - 2016
Рейтинг@Mail.ru